3 ポインターとなにか

3.1 ポインターの例

これまでの話で、メモリーというものが大体分かったと思う。そして、その内容とともに、アドレスが重要であることも分かったであろう。あるいは、アドレスを上手に操作すれば、いろいろなこと(悪いことも)ができそうだと分かったであろう。

アドレスを操作するとなると、アドレスを入れる変数が欲しくなる。 2.3節で述べたように、アドレスは32ビットである。また、 int型のデータも32ビットである。従って、int型の変数にアドレスを入れることがあできそうである。具体的には、hogeと言う変数のアドレスをint型の変数 i に、次のような文で、

	i=&hoge;

と代入する。しかし、これはコンパイラーにより警告が出され、推奨される方法でない ⁵。たまたま、私が使っているコンパイラーでは警告で済んでいるが、エラーを出すものもあるであろう。そもそも、アドレスのビット数とint型のビット数が同じであるのは偶然にすぎない。

幸いなことに、C言語にはアドレスを格納する仕組みが用意されている。ポインターという変数を使い、アドレスが格納できるのである。そのアドレスを格納するポインター型変数は、

	int *pi;
	double *px;

と宣言する。アスタリスク(*)をつければ、ポインターの宣言になる。

整数型変数 i と実数型変数 x のアドレスは、&iと &xのようにすると取り出すことができる。アドレス演算子(&)を使うのである。取り出したアドレスは、ポインターに

	pi=&i;
	px=&x;

のようにして代入できる。アドレス演算子(&)により変数の先頭アドレスを取り出して、代入演算子(=)を用いて、ポインター型変数に代入している。

ポインター機能は、アドレスの格納のみに止まらず、そのアドレスが示しているデータの内容も表すことができる。今までの例の通り、ポインターには変数の先頭アドレスが格納されている。そして、ポインターの宣言の型から、そのポインターが指しているデータの内容までたぐり寄せることができる。ポインターpiとpxが示しているデータの値を、整数型変数 j と実数型変数 y に代入する場合

	j=*pi;
	y=*px;

とかく。ここで、アスタリスク(*)は間接参照演算子で、ポインターが示しているアドレスのデータを取り出せるのである。このようにアドレスのみならず、そのアドレスのデータの型までポインターは持っているから、これが可能なのである。このことから、アドレスとは言わずにポインター(pointer 指し示すもの)と言うのであろう。

ポインターとは、アドレスを格納する変数のことである⁶。
ポインターの宣言には、型名とアスタリスク(*)を付ける。
変数のアドレスを取り出すには、変数名の前にアンパサンド(&)をつける。 &はアドレス演算子である。
ポインターが示しているデータの値を取り出すためには、ポインター変数の前にアスタリスク(*)をつける。*は間接参照演算子である。

3.2 プログラム例

実際のプログラムで見てみよう。リスト2のプログラムは、の動作は以下の通りである。これにより、ポインターの意味とそれに関わる演算子の動作の基礎的なことを理解する。

ポインター変数 p と整数変数 i を宣言する。
整数変数 i の先頭アドレスをポインター p に代入する。
各種演算子を使って、p や i アドレス等を調べる。

このプログラムの各行の内容は、以下の通りである。1行毎にきっちり理解することが重要である。

4行: 整数型のポインターpを宣言している。pに整数型のデータの先頭アドレスを格納する。
5行: 整数型の変数 i を宣言し、 $(11223344)_{16}$ を代入している。
7行: 変数 i の先頭アドレスをアドレス演算子 &により取り出し、ポインター p に代入している。
9行: 整数変数 i の先頭アドレスを変換指定子 %p により表示している。
10行: ポインター p の先頭アドレスを変換指定子 %p により表示している。
12行: 整数変数 i の値を16進数表示の変換指定子 %0x により表示している。
13行: ポインター p の値を16進数表示の変換指定子 %0x により表示している。ただし、ポインターはアドレスなので、強制型変換(キャスト)により、符号なし整数にしている⁷。
15行: ポインターが指し示すアドレスに格納されているデータを表示している。

   1 #include <stdio.h>
   2 
   3 int main(void){
   4   int *p;
   5   int i=0x11223344;
   6 
   7   p=&i;
   8 
   9   printf("address i %p\n", &i);
  10   printf("address p %p\n", &p);
  11 
  12   printf("value i %0x\n", i);
  13   printf("value p %0x\n", (unsigned int)p);
  14 
  15   printf("value *p %0x\n", *p);
  16 
  17   return 0;
  18 }

$\fbox{実行結果}$

	address i 0xbffff6b0
	address p 0xbffff6b4
	value i 11223344
	value p bffff6b0
	value *p 11223344

この実行結果から、メモリーは図7のようになっていることが分かる。ポインター p には、整数変数 i の先頭アドレスが格納されている。さらに、ポインターpに間接参照演算子*を作用(*p)させることにより、ポインターが指し示すアドレスの内容を取り出している。また、どんな変数でも、アドレス演算子&で、メモリーのアドレスが取り出せている。これらのことをしっかり理解すると、ポインターは難しくない。

**図 7:** リスト2のプログラム実行後のメモリーの内容
$\includegraphics[keepaspectratio, scale=1.0]{figure/pointer_in_memory.eps}$

3.3 ポインターに関係する演算子

ポインターに関係する演算子を表2にまとめておく。ただし、各変数は

	char   c, *cp;
	int    i, *ip;
	double x, *xp;

と宣言したとする。

**表 2:** 演算子
演算子	通常の変数(`c, i, x`)	ポインター(`cp, ip, xp`)	例
	格納されている値	格納されているアドレス	`c, i, x, cp, ip, xp`
&	変数のアドレス	ポインターのアドレス	`&c, &i, &x, &cp, &ip, &xp`
*	コンパイルエラーのため不可	ポインターが示す値	`cp, ip, *xp`

まとめると、重要なことは以下の通りである。

通常の変数には値が、ポインターにはアドレスを格納する。
アドレス演算子&は、それに引き続く変数(ポインター型変数も含む)のアドレス返す。
間接参照演算子*は、それに引き続くポインターの値を返す。

ホームページ: Yamamoto's laboratory
著者: 山本昌志

Yamamoto Masashi
平成19年6月24日